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JP2008014298A - タービンエンジン用シール装置、タービンエンジン、およびシーリング方法 - Google Patents

タービンエンジン用シール装置、タービンエンジン、およびシーリング方法 Download PDF

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JP2008014298A JP2007107918A JP2007107918A JP2008014298A JP 2008014298 A JP2008014298 A JP 2008014298A JP 2007107918 A JP2007107918 A JP 2007107918A JP 2007107918 A JP2007107918 A JP 2007107918A JP 2008014298 A JP2008014298 A JP 2008014298A
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Mark E Addis
マーク　イー．アディス
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RTX Corp
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    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/02—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages by non-contact sealings, e.g. of labyrinth type
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

【課題】タービンエンジンが熱膨張している間にも、シールランドに接近したままで機能するシールを提供する。
【解決手段】タービンエンジンは支持構造１２を有するシール装置１１を含む。シール１４のセグメント１５ａの両端部２２にバイメタル材料からなる熱膨張部材１８が配置されており、セグメント１５ａに対して適当な支持を与える。熱膨張部材１８はコイルスプリングの形状に構成され、ピン３０を使ってケージ２４によって支えられている。ケージ２４はねじ留め具２６によって支持構造にしっかり取り付けられている。その自由端３２はリベットのような留め具３４でシール１４に固定されている。温度上昇にともない、コイル３８は延びて、シール１４を支持構造１２から遠ざけシールランド１６の方向へ動かし、領域Ｒでシール１４がシールランド１６に接近することを確実にする。
【選択図】図３

Description

本発明は、例えばタービンエンジンなどの内部で用いられるのに適したエアシールに関するものである。
タービンエンジンなどの内部では望ましくない流体流れを防ぐために直線状あるいは環状の多様なシールが用いられている。これらのシールはエンジンの内部にある静的構造あるいは回転構造のシーリングをするために用いられる。代表的なシールの型には、エアシール、ラビリンスシール、ブラシシール、ナイフエッジシール、ハニカムシールなどがある。
タービンエンジン内部における一般的なシール装置は支持構造に取り付けられしっかり固定されたシールを有する。タービンエンジン内部では多様な構成要素が熱膨張を起こすことにより、シールがシールランドから離れて隙間を作り、シールを越えて流体が漏れる量を増やしてしまう。そこで、タービンエンジンが熱膨張してもシールランドに接近したままであることのできるシールが求められている。
タービンエンジンはシールを支持する第１タービン構造を含む。シールは第１タービン構造の凹み内で可動である。このシールは、シールおよびシールランドを通過して流体が漏れることを防ぐために第２タービン構造のシ−ルランドに接近して設置されている。熱膨張部材は第１タービン構造とシールとを連結している。熱膨張部材は温度上昇に反応してシールをシールランドの方向へ動かし、熱膨張によって一般的に生じるシールとシールランドとの間の隙間が拡大することを防ぐ。一実施例では、シールセグメントの両端に配置された熱膨張部材は、バイメタルのコイルバネであり、ケージによって第１タービン構造に支持されている。このコイルバネの自由端はシールの両端部においてシールにしっかりと固定されている。
したがって、シールはタービンエンジンが熱膨張している間にも、シールランドに接近したままで機能することができる。
タービンエンジン１０の概略を図１に示す。タービンエンジン１０はハウジング１３（図２に示す）のような支持構造１２を有するシール装置１１を含む。シール１４はシャフト表面のようなシールランド１６についてシーリングをつくる２つ以上のセグメント１５ａ、１５ｂを含みうる。これは、いかなる個数のセグメントを使用してもよい。さらに数多くのセグメントを用いれば、間隔の均一性が高まる。シール１４の形状は直線状あるいは環状のどちらにもなりうる。さらに、シールランド１６は静的構造あるいは回転構造のどちらにも利用されうる。シール１４は、エアシール、ラビリンスシール、ブラシシール、ナイフエッジシール、ハニカムシールなどの最適な型のものを選ぶことができる。
図２に、支持構造１２にシール１４を連結する熱膨張部材１８の概略を示す。シール１４は支持構造１２から浮き上がっている。ギャップ２０がシール１４と支持構造１２との間にあって、シール１４をシールランド１６の方向へ動かしたり遠ざけたりすることを可能にする。
一例として、図３にシール装置１１の拡大図を示す。シール１４のセグメント１５ａは両端部２２を有する。図に示されるように、各々の端部２２に熱膨張部材１８が配置されており、セグメント１５ａに対して適当な支持を与える。支持構造１２は凹み３６を含み、ここへシール１４が収容かつ配置される。ギャップ２０はシール１４と支持構造１２の間に距離Ｄを与える。熱膨張部材１８が高い温度に晒されると、シール１４が熱膨張部材１８の膨張に対応して矢印２の方向に向かって動く。温度が下がるときには、シール１４が熱膨張部材１８の収縮に対応して矢印１の方向に向かって凹み３６の中に収容される。
一実施例では、熱膨張部材はこの技術分野で周知のバイメタル材料でできている。図に示されるように、バイメタル材料はコイルスプリングの形状に構成され、ピン３０を使ってケージ２４によって支えられている。ケージ２４はコイル３８が望ましい方向へ動くことを確実にする。図に示されるように、ケージ２４はねじ留め具２６によって支持構造にしっかり取り付けられている。他の実施例では、ケージ２４はシール１４に固定されている。バイメタル材料２８はコイル３８として構成され、その自由端３２はリベットのような留め具３４でシール１４に固定されている。温度上昇にともない、コイル３８は延びて、シール１４を支持構造１２から遠ざけシールランド１６の方向へ動かし、領域Ｒでシール１４がシールランド１６に接近することを確実にする。
一実施例のシール装置を含むタービンエンジンの概略を示す図。 一実施例のシール装置の概略を示す図。 一実施例のシールの拡大図。
符号の説明
１０…タービンエンジン
１１…シール装置
１２…支持構造
１３…ハウジング
１４…シール
１５…セグメント
１６…シールランド
１８…熱膨張部材
２０…ギャップ
２２…末端部
２４…ケージ
２６…ねじ留め具
２８…バイメタル材料
３０…ピン
３２…自由端
３４…留め具
３６…凹み
３８…コイル
Ｄ…ギャップ間距離

Claims (18)

  1. 支持構造と、
    シールランドとの間を通過して流体が漏れることを防ぐために、支持構造から離れて配置されるとともにシールランドに接近したシールと、
    これらの支持構造とシールとを連結し、かつ温度上昇に反応してシールをシールランドの方向へ動かすように膨張する熱膨張部材と、
    を備えるタービンエンジン用のシール装置。
  2. 上記シールは、第１セグメントおよび第２セグメントを含み、これら第１セグメントおよび第２セグメントの少なくとも一方が両端部を有し、その各端部に上記熱膨張部材が配置されていることを特徴とする請求項１に記載のシール装置。
  3. 上記シールランドは、概ね円筒状に構成され、第１セグメントおよび第２セグメントが上記シールランドを囲むことを特徴とする請求項２に記載のシール装置。
  4. 上記シールと上記支持構造の間にあるギャップが距離を与え、上記シールが温度上昇に反応して第１の方向へ動くことでその距離を広げることを特徴とする請求項１に記載のシール装置。
  5. 上記支持構造は、凹みを有し、上記シールが上記凹みに配置されることを特徴とする請求項１に記載のシール装置。
  6. 上記熱膨張部材が、温度上昇に反応して膨張するバイメタル材料を含むことを特徴とする請求項１に記載のシール装置。
  7. 上記熱膨張部材がコイルバネになっていることを特徴とする請求項６に記載のシール装置。
  8. 上記熱膨張部材は、上記コイルバネを支持するケージを有し、このケージは上記シールおよび上記支持構造の一方に固定されていることを特徴とする請求項７に記載のシール装置。
  9. 上記コイルバネが、上記シールおよび上記支持構造の他方に固定された自由端を有することを特徴とする請求項８に記載のシール装置。
  10. 第１タービン構造と、
    流体がシールランドとの間を通過して漏れることを防ぐために第２タービン構造のシールランドに接近して配置されたシールと、
    上記第１タービン構造と上記シールとを連結し、かつ温度上昇に反応して膨張して上記シールを上記シールランドの方向へ動かす熱膨張部材と、
    を備えるタービンエンジン。
  11. 上記第２タービン構造は上記タービンエンジンのハウジングに対して回転可能であることを特徴とする請求項１０に記載のタービンエンジン。
  12. 上記第２タービン構造は上記タービンエンジンのハウジングに対して固定されていることを特徴とする請求項１０に記載のタービンエンジン。
  13. 上記シールが、上記シールと上記シールランドとの交差する箇所で流体の流れを塞ぐことを特徴とする請求項１０に記載のタービンエンジン。
  14. 上記シールが上記シールランドから離れる第１の方向へ動き、上記熱膨張部材が温度上昇によって膨張すると、第１の方向と反対に上記シールランドへ向かう第２の方向へ上記シールを動かすことを特徴とする請求項９に記載のタービンエンジン。
  15. 熱膨張しやすい構成要素をシーリングする方法であって、
    （ａ）シールと支持構造との間に熱膨張部材を配置するステップと、
    （ｂ）上記熱膨張部材の箇所の温度上昇に反応して、上記シールを上記支持構造から遠ざけ、上記シールに近接するシールランドの方向へ動かすステップと、
    を含むことを特徴とするシーリング方法。
  16. 上記シールが、上記シールと上記シールランドの交差する箇所で流体が流れることを塞ぐことを特徴とする請求項１５に記載のシーリング方法。
  17. 上記ステップ（ｂ）が膨張するバイメタルコイルを含むことを特徴とする請求項１５に記載のシーリング方法。
  18. 上記ステップ（ｂ）が上記シールと上記支持構造の間にあるギャップの距離を広げることを特徴とする請求項１５に記載のシーリング方法。
JP2007107918A 2006-07-06 2007-04-17 タービンエンジン用シール装置、タービンエンジン、およびシーリング方法 Pending JP2008014298A (ja)

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